DE202016003040U1

DE202016003040U1 - Dichtung für eine Drehlagerung, sowie eine Windkraftanlage, deren Hauptlager mit einer derartigen Dichtung ausgerüstet ist

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Publication number: DE202016003040U1
Application number: DE202016003040.0U
Authority: DE
Original assignee: IMO Holding GmbH
Current assignee: IMO Holding GmbH
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: CN207539341U; DE202017002146U1; CN107339435A

Abstract

Drehlagerung (1) mit wenigstens zwei, ringförmigen Anschlusselementen (2, 3), die relativ zueinander verdrehbar sind um eine gemeinsame Lagerdrehachse (4), welche die Grundebene (5) jedes ringförmigen Anschlusselements (2, 3) lotrecht durchsetzt, und mit einem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3), der an wenigstens einer ringförmigen Mündung (23) mit einem Dichtungsmittel (24) ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel (24) wenigstens ein an der Mündung (23) des Lagerspaltes (14) entlang laufendes Profil aus einem weichen Werkstoff aufweist mit wenigstens einer in Längsrichtung des Profils verlaufenden, von zwei einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) und einem Nutgrund (39) begrenzten nutförmigen Einkerbung (36), deren Tiefenerstreckung etwa parallel zu der Lagerdrehachse (4) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nutflanken (37, 38) die Innenseiten zweier Schenkel (26, 33) des Profilquerschnitts des Dichtungsmittels (24) bilden, welche im Bereich des Nutgrundes (39) miteinander verbunden sind, und von denen ein Schenkel (26) der Verankerung des Dichtungsmittels (24) an einem ringförmigen Anschlusselement (2, 3) dient, während der andere Schenkel (33) an seiner Außenseite (41) eine Dichtlippe (25) zur Anlage an dem anderen Anschlusselement (2, 3) aufweist, wobei in die nutförmige Einkerbung (36) ein Federelement (44) eingesetzt ist, welches sich zumindest bereichsweise an die einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) von innen anlegt und bestrebt ist, diese durch eine ihm innewohnende Federkraft auseinander zu drücken und dadurch die beiden Schenkel (26, 33) des Dichtungsmittels (24) in dem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3) auseinander zu spreizen, so dass die Dichtlippe (25) an der Außenseite (41) des einen Schenkels (33) einen erhöhten Anpressdruck gegen ihre Anlauffläche erfährt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Drehlagerung mit wenigstens zwei, ringförmigen Anschlusselementen, die relativ zueinander verdrehbar sind um eine gemeinsame Lagerdrehachse, welche die Grundebene jedes ringförmigen Anschlusselements lotrecht durchsetzt, und mit einem Spalt zwischen den beiden Anschlusselementen, der an wenigstens einer ringförmigen Mündung mit einem Dichtungsmittel ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel wenigstens ein an der Mündung des Lagerspaltes entlang laufendes Profil aus einem weichen Werkstoff aufweist mit wenigstens einer in Längsrichtung des Profils verlaufenden, von zwei einander gegenüber liegenden Nutflanken und einem Nutgrund begrenzten nutförmigen Einkerbung, deren Tiefenerstreckung etwa parallel zu der Lagerdrehachse orientiert ist; sowie auf eine Windkraftanlage mit einem um eine etwa horizontale Achse rotierenden Windrad, dessen Nabe mit einer Rotorwelle drehfest verbunden ist, die in wenigstens einem Hauptlager mit wenigstens zwei ringförmigen, um die gemeinsame Lagerdrehachse relativ zueinander verdrehbaren Anschlusselementen gelagert ist, von denen eines mit der Rotorwelle der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, während das andere mit dem Chassis des Maschinenhauses der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, und mit einem Lagerspalt zwischen den beiden Anschlusselementen, der an wenigstens einer ringförmigen Mündung mit einem Dichtungsmittel ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel wie bei der oben erwähnten Drehlagerung ausgestaltet ist.
Drehlagerungen bilden üblicherweise einen Übergang zwischen einem rotierenden Maschinen- oder Anlagenteil und einem Fundament, Chassis oder einem sonstigen, feststehenden Maschinen- oder Anlagenteil. Sie verfügen zu diesem Zweck über zwei ringförmige Anschluselemente, von denen eines an dem rotierenden Teil, das andere an einem feststehenden Widerlager angeschlossen wird.
Weit verbreitet sind dabei sogenannte Wälzlager, wo in einem Spalt zwischen den beiden ringförmigen Anschlusselementen zwischen einander zugewandten Laufbahnen Wälzkörper abrollen, bspw. kugel-, tonnen, rollen- oder kegelrollenförmige Wälzkörper. Diesen obliegt es, einer Relativdrehbewegung zwischen den beiden Anschlusselementen einen minimalen Widerstand entgegenzusetzen, jeder sonstigen Relativbewegung dagegen einen maximalen Widerstand.
Der Verschleiß derartiger Wälzkörper lässt sich minimieren, indem der Spaltbereich mit einem Schmiermittel versehen oder gefüllt ist, insbesondere mit Schmierfett oder Schmieröl. Um ein solches Schmiermittel in dem Spaltbereich zu halten und gleichzeitig Schmutzpartikel an einem Eindringen zu hindern, wird der Spalt an beiden Mündungen abgedichtet.
Als Dichtungsmittel zwischen den beiden Anschlusselementen dient zumeist ein Ring aus einem biegsamen und/oder elastischen Material. Dessen Profil verfügt über einen stumpfen Verankerungsbereich, der an einem der beiden Anschlusselemente verankert wird, sowie über einen sich verjüngenden Bereich, der in eine schmale Dichtlippe mündendet, die an einer Anlauffläche im Bereich des jeweils anderen Anschlusselements anliegt bzw. anläuft.
Gerade in diesem Kontaktbereich zwischen einer Anlauffläche und der daran entlang laufenden Dichtlippe besteht die Gefahr einer erhöhten Leckage des Schmiermittels, weil dieser Bereich nur durch die elastischen bzw. rückstellenden Eigenschaften des biegsamen und/oder elastischen Dichtungsmaterials verschlossen wird. Ermüdet das Dichtungsmaterial oder unterliegt es an einer Stelle einem erhöhten Verschleiß, steigt der Leckage-Effekt kontinuierlich an.
Man ist daher bereits dazu übergegangen, den Anpressdruck eines Dichtungsmittels dadurch zu erhöhen, dass ein Spanndraht entlang eines Dichtungsspaltes radial umlaufend angeordnet ist. Durch eine Zugspannung in Umlaufrichtung kann der lichte Durchmesser innerhalb des ringförmig geschlossenen Spanndrahtes verringert werden, wodurch sich ein radial nach innen gerichteter Anpressdruck realisieren lässt. Mit einer solchen Maßnahme ist es möglich, einen die Dichtlippe aufweisenden Bereich eines Dichtungsmittels nach radial innen zu pressen, gegen eine Anlauffläche an dem radial inneren Anschlusselement.
Bei großtechnischen Anlagen werden meistens Großwälzlager eingesetzt, welche sich von normalen Wälzlagern dadurch unterscheiden, dass der Kontakt zu dem betreffenden, rotierenden oder feststehenden Maschinen- oder Anlagenteil, etc. nicht über eine gewölbte Mantelfläche des betreffenden Anschlusselements erfolgt, sondern über eine ebene Stirnfläche desselben, in Verbindung mit Schrauben, Gewindebolzen od. dgl., welche in kranzförmig verteilte Bohrungen in dem betreffenden Anschlusselement hinein- oder durch jene hindurchgreifen, um die Anschlussstirnfläche fest und reibschlüssig gegen eine Anschlusskonstruktion zu pressen.
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass mit zunehmendem Durchmesser eines Wälzlagers die Wölbung des Spaltes in dessen Umfangsrichtung abnimmt bzw. der Krümmungsradius eines Anschlusselements im Bereich des Spaltes zunimmt. Je gerader jedoch der Verlauf eines Spaltes ist, um so geringer ist eine radial nach innen gerichtete Anpresskraft, und damit ist der die Dichtung unterstützende Effekt eines solchen Spanndrahtes bei Großwälzlagern relativ gering. Hinzu kommt noch, dass ein Spanndraht entsprechender Länge sich mit zunehmender Spannung verformt und also nicht beliebig stark gespannt werden kann.
Ein weiterer Gesichtspunkt ist, dass bei vielen Anwendungen das rotierende Teil innerhalb eines feststehenden, äußeren Teils zu lagern ist. Wird hier die Dichtung am radial äußeren Anschlusselement verankert mit nach innen gerichteter Dichtlippe, so ändert sich die Orientierung der Dichtung im Raum nicht, weil sie ja an dem feststehenden Teil verankert ist.
Verschleißbedingt kann sich das Spiel einer Lagerung im Laufe der Zeit erhöhen, wobei dann unter äußeren Einflüssen wie beispielsweise der Schwerkraft eine dauerhafte – wenngleich zunächst nur geringfügige – Relativverschiebung zwischen feststehendem und rotierendem Anschlusselement in radialer Richtung eintritt, wobei das jeweils gelagerte Teil seine tiefstmögliche Position einnimmt. Dadurch kann sich die Spaltweite an bestimmten Stellen des Spaltumfangs ändern. Beispielsweise wird sich eine drehgelagerte, schwere Welle mit horizontaler Längserstreckung unter ihrem Gewicht so weit als möglich nach unten bewegen. Die Spaltweite reduziert sich dann an der tiefsten Stelle des Spaltes und vergrößert sich an der obersten Stelle des Spaltes.
Ist nun ein Dichtungsteil an dem äußeren, zumeist feststehenden Anschlusselement verankert, so läuft es nicht um, sondern bleibt stets unverändert, und sein Abschnitt an der tiefsten Stelle des Spaltes ist permanent einer radialen Stauchung unterworfen und ist daher einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt, während sein Abschnitt im oberen Bereich des Spaltes permanent eine vergrößerte Spaltweite abdichten muss. Beide Effekte führen zu einer Verschlechterung der Dichtungswirkung.
Dieses Problem tritt unter anderem besonders bei dem Hauptlager einer Windkraftanlage auf, welches die mit der Nabe des Windrades verbundene oder gekoppelte Rotorwelle lagert. Da die Rotorwelle innerhalb des Chassis des Maschinenhauses angeordnet ist, wird sie mit dem innenliegenden Anschlusselement verbunden, während das außenliegende Anschlusselement am Maschinenhaus verankert ist und also seine Vertikalausrichtung niemals ändert.
In dem Fall des Hauptlagers einer Windkraftanlage sowie in manchen anderen Fällen wäre es daher wünschenswert, ein Dichtungsmittel an einem inneren, rotierenden Anschlusselement verankern zu können, damit es ständig rotiert und seine Dichtlippe nicht einer rein statischen Belastung ausgesetzt ist, sondern einer sich dynamisch ändernden Belastung, welche einen gleichmäßigeren und lokal überall geringeren Verschleiß über den gesamten Umfang eines ringförmigen Dichtungsmittels zur Folge hätte. In einem solchen Fall versagt jedoch ein Spanndraht zur Verbesserung des Abdichtungseffektes vollkommen.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Drehlagerung derart weiterzubilden, dass mittels eines Spannelements der Anpressdruck zwischen der Dichtlippe und der Anlauffläche erhöht wird, unabhängig davon, ob das Dichtungsmittel an dem radial inneren oder an dem radial äußeren Anschlusselement verankert ist und seine Dichtlippe an dem rdial äußeren oder an dem radial inneren Anschlusselement anläuft.
Die Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen einer gattungsgemäßen Drehlagerung dadurch, dass die beiden Nutflanken die Innenseiten zweier Schenkel des Profilquerschnitts des Dichtungsmittels bilden, welche im Bereich des Nutgrundes miteinander verbunden sind, und von denen ein Schenkel der Verankerung des Dichtungsmittels an einem ringförmigen Anschlusselement dient, während der andere Schenkel an seiner Außenseite eine Dichtlippe zur Anlage an dem anderen Anschlusselement aufweist, wobei in die nutförmige Einkerbung ein Federelement eingesetzt ist, welches sich zumindest bereichsweise an einander gegenüber liegenden Nutflanken anlegt und bestrebt ist, diese durch eine ihm innewohnende Federkraft auseinander zu drücken und dadurch die beiden Schenkel des Dichtungsmittels in dem Spalt zwischen den beiden Anschlusselementen auseinander zu spreizen, so dass die Dichtlippe einen erhöhten Anpressdruck gegen ihre Anlauffläche erfährt.
Die Erfindung verzichtet damit auf eine in Längsrichtung eines Spanndrahtes verlaufende Zugspannung, welche mit den oben geschilderten Nachteilen behaftet ist, und ersetzt diese durch eine Spreizwirkung, welche unabhängig von der radialen Richtung zu der Lagerhauptachse ist. Vielmehr werden ein rundum laufender Verankerungsabschnitt und eine ebenfalls rundum laufende Dichtlippe stets auseinander gespreizt, unabhängig davon, ob die Dichtlippe radial innerhalb des Verankerungsabschnittes liegt, oder umgekehrt. Durch, diese Spreizkraft wird stets der Verankerungsabschnitt gegen eines der beiden Anschlusselemente und die Dichtlippe gegen das jeweils andere Anschlusselement gepresst. Ferner ist diese Spreizwirkung allenfalls abhängig von der Spaltweite, nicht jedoch vom Umfang des Spaltes, so dass die Andruckwirkung zwischen Dichtlippe und Anlauffläche nicht mit zunehmender Größe des Lagers abnimmt. Das erfinderische Dichtprinzip eignet sich daher besonders zur Verbesserung der Dichtwirkung bei Großwälzlagern.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Nutgrund der nutförmigen Einkerbung vorzugsweise über die gesamte Nutbreite hinweg konkav gewölbt ist. Dadurch lassen sich Innenkanten im Bereich des Nutgrundes gänzlich vermeiden, und demzufolge wird einerseits eine die Materialermüdung fördernde Kerbwirkung vemieden, und andererseits lässt sich ein Federelement einer beständigen, konkaven Wölbung besser anpassen als einer scharfen Innenkante.
Die Breite der nutförmigen Einkerbung kann sich von dem Nutgrund bis zu der Nutmündung erhöhen, vorzugsweise kontinuierlich. Diese Maßnahme kann das Einsetzen eines Federelements in eine nutförmige Einkerbung begünstigen.
Eine solche Erweiterung der Nut zu ihrem Mündungsbereich hin lässt ich erzielen, indem der die Dichtlippe tragende Schenkel des Dichtungsmittels von dem der Verankerung dienenden Schenkel zur Nutmündung hin divergiert, insbesondere entlang einer Kegelmantelfläche. Damit befindet sich die Dichtlippe an einer maximal exponierten Position des betreffenden Schenkels.
Bevorzugt weist der die Dichtlippe tragende Schenkel des Dichtungsmittels und/oder dessen der Verankerung dienende Schenkel einen mittleren Abschnitt zwischen dem Nutgrund und der Nutmündung auf, der eine etwa gleichbleibende Dicke aufweist. Dadurch erhält der Schenkel ein definiertes Biegeverhalten.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der die Dichtlippe tragende Schenkel des Dichtungsmittels dünner ist als der der Verankerung dienende Schenkel. Somit ist der die Dichtlippe tragende Schenkel deutlich flexibler als der Verankerungsabaschnitt, wodurch eine erhöhte Anpresskraft erzeugt wird.
Vorteilhafterweise ist der die Dichtlippe tragende Schenkel des Dichtungsmittels kürzer als der der Verankerung dienende Schenkel. Auf diese Weise ist innerhalb eines das Dichtungsmittel aufnehmenden Hohlraums sichergestellt, dass jenes bei einer ggf. notwendigen Biegebewegung genügend Bewegungsfreiheit genießt.
Die Erfindung empfiehlt, dass das Dichtungsmittel im Bereich des Nutgrundes eine der Nutmündung abgewandte, ebene Außenseite aufweist. Dank einer solchen ebenen Außenseite kann das Dichtungsmittel in einer Auskehlung mittels einer Abdeckung fest eingeklemmt werden.
Es besteht die Möglichkeit, dass der der Verankerung dienende Schenkel einen etwa rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist, ggf. mit abgeschrägten und/oder abgerundeten Ecken, damit ein solcher Verankerungsabschnitt eine maximale Druckkraft aufnehmen kann, insbesondere in einer Richtung parallel zur Lagerdrehachse.
Die der Nut zugewandte Innenseite des die Dichtlippe aufweisenden Schenkels kann in einem mittleren Abschnitt zwischen dem Nutgrund und der Nutmündung einer Kegelmantelfläche folgen. Bei einer solchen Ausgestaltung verbleibt ein maximaler Bewegungsspielraum für den die Dichtlippe tragenden Schenkel.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die der Nut abgewandte Außenseite des die Dichtlippe aufweisenden Schenkels zusätzlich zu der Dichtlippe eine zweite Dichtlippe und/oder einen nach außen gerichteten Steg aufweist, welcher etwa auf Höhe des Nutgrundes an den betreffenden Schenkel angeformt ist und sich von dort weg erstreckt durch den Lagerspalt hindurch in Richtung zu dem gegenüber liegenden Anschlusselement. Damit kann eine zusätzliche Dichtwirkung realisiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die zweite Dichtlippe und/oder der nach außen gerichteten Steg zu der der Nutmündung abgewandten, ebenen Außenseite des Dichtungsmittels hin geneigt verläuft. Dadurch kann ein bspw. von innerhalb des Lagerspalts her gerichteter Überdruck den betreffenden Steg fest gegen das andere Anschlusselement gepresst werden.
Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass zwischen der zweiten Dichtlippe und/oder dem nach außen gerichteten Steg einerseits und der der Nutmündung abgewandten, ebenen Außenseite des Dichtungsmittels eine spitzwinklige Einkerbung befindet, vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 60° oder kleiner, insbesondere mit einem Öffnungswinkel von 45° oder kleiner. Dort wird auf natürliche Weise ein Schmiermitteltasche gebildet.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Prinzips unterliegt das Federelement keiner oder nur einer minimalen Zugspannung in seiner Längsrichtung, d. h. in Umfangsrichtung des Lagerspalts. Das Prinzip unterscheidet sich dadurch grundlegend von bisherigen Spanndrähten, die allesamt in Umfangsrichtung des Lagerspaltes auf Zug belastet sind.
Die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung beruhen darauf, dass das Federelement einer Druckspannung quer zu seiner Längsrichtung unterliegt. Dieses Prinzip ist weitaus universeller, weil es völlig unabhängig davon ist, ob die Dichtlippe dem Innenring oder dem Außenring zugewandt ist.
Im Rahmen einer bevorzugten Konstruktion weist das Federelement zwei einander gegenüber liegende Umfangsbereiche auf, welche an je einer Nutflanke anliegen und aufgrund einer ihm innewohnenden Vorspannung an die jeweilige Nutflanke angepresst werden. Eben diesen Umfangsbereichen obliegt es, die Nutflanken auseinander zu spreizen.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Druckkräfte etwa lotrecht zu den beiden Nutflanken in das Federelement eingeleitet werden. Dadurch werden Scherkräfte weitgehend vermieden.
Vorzugsweise sind die etwa lotrecht zu den beiden Nutflanken in das Federelement eingeleiteten Druckkräfte etwa radial zu der Drehachse des Lagers gerichtet. Demzufolge wird stets auch die Dichtlippe an ihre Anlauffläche gepresst.
Weitere Vorteile erhält man dadurch, dass die Querschnitte durch die beiden einander gegenüber liegenden Nutflanken, an denen in das Federelement Druckkräfte eingeleitet werden, mit der Drehachse des Lagers einen kleineren Winkel einschließen als mit der Grundebene des Lagers. Die Nutflanken sind im Querchnitt demnach also näherungsweise parallel zu der Anlauffläche, gegen welche die Dichtlippe zu pressen ist.
Die erfindungsgemäße Wirkung beruht darauf, dass die Gegenkraft zum Anpressen der Dichtlippe an deren Anlauffläche nicht über eine Zugspannung des Federelements in dessen Längsrichtung erzeugt wird, sondern durch eine im Bereich des der Verankerung dienenden Schenkels des Dichtungsmittels eingeleitete Druckkraft. Dieses Prinzip eignet sich insbsondere auch für Großwälzlager mit einer minimalen Krümmung der Mantelflächen im Bereich des Lagerspaltes.
Weitere Vorteile bietet eine Konstruktion, wobei das Federelement aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogen ist, vorzugsweise aus einem metallischen Element, insbesondere aus einem federelastischen Material wie Federstahl od. dgl.
Die Erfindung erfährt eine vorteilhafte Weiterbildung dahingehend, dass das Federelement aus einem draht- oder linienförmigen Element dreidimensional gebogen ist. Eben eine solche dreidimensionale Biegung erlaubt es dem Federelement, in unterschiedlichen Umfangsbereichen in entgegengesetzte Richtungen weisende Druckkräfte auszuüben.
Das aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogene Federelement sollte einen oder vorzugsweise mehrere Abschnitte aufweisen, welche in oder nahe einer Ebene verlaufen, die in einem kleinen Abstand an der Lagerachse vorbei läuft und/oder gegenüber der Lagerachse um einen kleinen Winkel geneigt ist. Eine solche Geometrie sorgt dafür, dass die innerhalb eines Abschnittes zu übetragenden (Gegen-)Kräfte in einer nahezu radialen Ebene verlaufen.
Eine weitere Konstruktionsvorschrift besagt, dass das aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogene Federelement einen oder vorzugsweise mehrere Abschnitte aufweist, welche von einer Nutflanke über den Nutgrund bis unmittelbar zu der anderen Nutflanke verlaufen. Dadurch ergibt sich eine kürzestmögliche Verbindung zwischen den einander zugewandten Flanken der nutförmigen Einkerbung, und das Federelement kann daher mit relativ geringen Hebelkräften große Spreizkräfte erzeugen.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der (die) von einer Nutflanke über den Nutgrund bis zur anderen Nutflanke verlaufende(n) Abschnitt(e) des Federelements sich der jeweiligen Nutflanke und vorzugsweise auch dem Nutgrund flach anschmiegt (-en). Durch einen maximalen Kontakt ist der lokale Anpressdruck gegen das biegeelastische Dichtungsmittel minimiert und es ist daher nicht mit einer vorzeitigen Materialermüdung zu rechnen.
Die Erfindung erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass der (die) einer Nutflanke über den Nutgrund bis zur anderen Nutflanke folgende(n) Abschnitt(e) des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements jeweils einen C- oder U-förmigen Verlauf hat (haben). Diese Geometrie entspricht näherungsweise dem (Innen-)Querschnitt der nutförmigen Einkerbung.
Ferner lehrt die Erfindung, dass zwei einander in Umfangsrichtung des Spaltes benachbarte, jeweils von einer Nutflanke über den Nutgrund bis zur anderen Nutflanke verlaufende Abschnitte des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements miteinander verbunden sind. Dadurch werden einerseits benachbarte Abschnitte des Federelements auf definierten Abständen gehalten, und außerdem ist das Federelement dadurch zu einer einzigen, leicht montierbaren Baugruppe vereinigt. Im Idealfall erstreckt sich ein einziges Federelement einmal entlang des gesamten (Umfangs-)Verlaufs des Dichtungsmittels herum.
Weitere Vorteile bietet eine Anordnung, wobei je ein Ende eines mittleren, von einer Nutflanke über den Nutgrund bis zur anderen Nutflanke verlaufenden Abschnitts des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements mit jeweils einem von zwei benachbarten Abschnitten des Federelements verbunden ist. Da ein Abschnitt des aus einem langgestreckten Draht gebogenen Federelements zwei Enden aufweist und auch zwei benachbarte Federabschnitte, ist es sehr effizient, jedes der beiden Enden mit je einem der beiden benachbarten Abschnitte zu verbinden.
Für eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Abschnitten des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements schlägt die Erfindung ein(en) bogenförmig gewölbtes (-en) Übergangsstück oder -bereich vor. Eine solche bogenförmige Verbindung lässt sich aus dem langgestreckten oder linienförmigen Draht selbst anfertigen, so dass das Federelement auf seiner ganzen Länge – entsprechend der Länge des Dichtungsmittels – aus einem einzigen Teil integral angefertigt sein kann, insbesondere durch Biegen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei sich jeweils von einer Nutflanke über den Nutgrund zur anderen Nutflanke erstreckende Abschnitte des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements über ein(en) zwei Enden an der selben Nutflanke verbindendes (-en) Übergangsstück oder -bereich verbunden. Bei einer solchen Ausführungsform erstreckt sich das Übergangsstück oder der Übergangsbereich nicht quer über die Nutmündung hinweg, sondern verläuft vollständig an einer einzigen Nutflanke. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass sich ein solches Federelement im Bereich der Übergangsstücke quer zu seiner Längsrichtung erheblich zusammenpressen lässt, beispielsweise um in die nutförmige Einkerbung eingesetzt zu werden. Eine solche Ausführungform ist daher für nahezu alle denkbaren Anwendungsfälle zu empfehlen. Mit der Querschnittsdicke des draht- oder linienförmigen Elements sowie mit dem verwendeten Material lässt sich die Federkonstante auf einen gewünschten Wert einstellen; das Federelement sollte einerseits hart genug sein, um einen ausreichenden Anpressdruck zu erzeugen und kann andererseits doch bei Bedarf unter Überschreitung der zur elastischen Verformung erforderlichen Kraft vorübergehend verformt werden, bspw. zur Montage oder Demontage.
Andererseits ließen sich zwei jeweils von einer Nutflanke über den Nutgrund zur anderen Nutflanke erstreckende Abschnitte des aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogenen Federelements grundsätzlich auch über ein(en) jeweils ein Ende der beiden Abschnitte von einander gegenüber liegenden Nutflanken verbindendes (-en) Übergangsstück oder -bereich verbinden. Hierbei verläuft das Übergangsstück oder der Übergangsbereich nicht vollständig entlang einer einzigen Nutflanke, sondern erstreckt sich quer über die Nutmündung hinweg. Bei dieser Anordnung lässt sich eventuell eine erhöhte Druckkraft zwischen den beiden Nutflanken erzeugen, jedoch lässt sich ein solches Federelement im Bereich der Übergangsstücke quer zu seiner Längsrichtung nur ein kleines Stück zusammenpressen und ist also relativ steif, was für manche Anwendungsfälle weniger erwünscht sein kann. Eine solche Anordnung dürfte daher allenfalls für einige wenige, sehr spezielle Anwendungsfälle geeignet sein.
Ein bogenförmig gewölbtes (-er) Übergangstück oder -bereich sollte einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich dem halben Abstand der beiden Nutflanken im Bereich der Nutmündung ist oder kleiner als jener. Solchenfalls kann ein bogenförmig gewölbtes (-er) Übergangstück oder -bereich ganz oder nahezu knickfrei in die benachbarten Abschnitte des gebogenen Federelements übergehen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der maximale Krümmungsradius eines bogenförmig gewölbten Übergangstückes oder -bereichs kleiner ist als der minimale Krümmungsradius der damit verbundenen, sich jeweils von einer Nutflanke über den Nutgrund bis zur anderen Nutflanke erstreckenden Abschnitte des Federelements. Solchenfalls lassen sich benachbarte Abschnitte des gebogenen Federelements relativ dicht nebeneinander anordnen, wodurch sich die gesamte Federkraft erhöht, ohne dass das Federelement gegenüber Druckkräften in einer Richtung quer zu seiner Längsachse zu steif wird.
Ein Übergangsstück oder -bereich kann in einem Schnitt quer zu der Längsrichtung das Dichtungsmittels eine Wölbung aufweisen. Dadurch kann es in die Lage versetzt werden, beispielsweise einer im Bereich der Nutmündung zurückweichenden Kante eines Schenkels zu folgen und sich auch dort an jenen Schenkel anzuschmiegen.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass die Wölbung des Übergangsstücks oder -bereichs in einem Schnitt quer zu der Längsrichtung das Dichtungsmittels entgegengesetzt gerichtet ist zu der Wölbung der damit verbundenen Abschnitte des Federelements im Bereich des Nutgrundes. Eine solche, nach außen gerichtete Wölbung kann dazu dienen, das gebogene Federelement in einem keilförmigen Hohlraum zwischen der die Nutmündung aufweisenden Fläche des Dichtungsmittels und einer damit zumindest bereichsweise in Kontakt stehenden Fläche eines Anschlusselements zu verankern.
Eine gattungsgemäße Windkraftanlage mit einem um eine etwa horizontale Achse rotierenden Windrad, dessen Nabe mit einer Rotorwelle drehfest verbunden ist, die in wenigstens einem Hauptlager mit wenigstens zwei ringförmigen, um die gemeinsame Lagerdrehachse relativ zueinander verdrehbaren Anschlusselementen gelagert ist, von denen eines mit der Rotorwelle der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, während das andere mit dem Chassis des Maschinenhauses der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, und mit einem Lagerspalt zwischen den beiden Anschlusselementen, der an wenigstens einer ringförmigen Mündung mit einem Dichtungsmittel ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel wenigstens ein an der Mündung des Lagerspaltes entlang laufendes Profil aus einem weichen Werkstoff aufweist mit wenigstens einer in Längsrichtung des Profils verlaufenden, von zwei einander gegenüber liegenden Nutflanken und einem Nutgrund begrenzten nutförmigen Einkerbung, deren Tiefenerstreckung etwa parallel zu der Lagerdrehachse orientiert ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die beiden Nutflanken die Innenseiten zweier Schenkel des Profilquerschnitts des Dichtungsmittels bilden, welche im Bereich des Nutgrundes miteinander verbunden sind, und von denen ein Schenkel der Verankerung des Dichtungsmittels an einem ringförmigen Anschlusselement dient, während der andere Schenkel an seiner Außenseite eine Dichtlippe zur Anlage an dem anderen Anschlusselement aufweist, wobei in die nutförmige Einkerbung ein Federelement eingesetzt ist, welches sich zumindest bereichsweise an die einander gegenüber liegenden Nutflanken von innen anlegt und bestrebt ist, diese durch eine ihm innewohnende Federkraft auseinander zu drücken und dadurch die beiden Schenkel des Dichtungsmittels in dem Lagerspalt zwischen den beiden Anschlusselementen auseinander zu spreizen, so dass die Dichtlippe an der Außenseite des einen Schenkels einen erhöhten Anpressdruck gegen ihre Anlauffläche erfährt.
Bei dem Hauptlager einer Windkraftanlage kann die erfindungsgemäße Dichtung für eine Drehlagerung mit großen Vorteilen eingesetzt werden. Einerseits lässt sich dort der Anpressdruck der Dichtlippe gegen die Anlauffläche durch ein Federelement weiter erhöhen, um eine besonders hohe Dichtwirkung zu erreichen, und andererseits ist der Dichtring selbst an dem mit der Rotorwelle verbundenen, radial inneren Anschlusselement verankert, rotiert also mit der Rotorwelle mit, so dass alle Bereiche des Dichtrings einheitlich belastet werden, und zwar über einen Spalt von ggf. schwankender Breite laufen, so dass das Material nicht lokal an bestimmten Stellen stärker ermüdet und dadurch seine Dichtfähigkeit verliert.
Insbesondere kann auch bei dem Anwendungsfall als Hauptlager einer Windkraftanlage die dafür verwendete Drehlagerung alle Merkmale aufweisen, die auch weiter oben allgemein zu der Drehlagerung vorgeschlagen wurden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
1 einen Schnitt quer durch die ringförmigen Anschlusselemente eines erfindungsemäß abgedichteten Wälzlagers;
2 einen Schnitt quer durch einen Dichtring zum Abdichten des Lagerspaltes zwischen den ringförmigen Anschlusselementen eines Wälzlagers, bspw. gemäß dem Aufbau nach 1; sowie
3 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtrings für die Abdichtung eines Lagerspaltes zwischen den ringförmigen Elementen eines Wälzlagers, in einer der 2 entsprechenden Schnittdarstellung.
In der Zeichnung ist eine Drehlagerung 1 mit zwei ringförmigen Anschlusselementen 2, 3 dargestellt, welche radial ineinander angeordnet sind. Im Zentrum beider Anschlusselemente 2, 3 befindet sich die Lagerdrehachse 4, um welche sich die beiden Anschlusselemente 2, 3 gegeneinander verdrehen lassen. Die Lagerdrehachse 4 durchsetzt die Grundebene 5 der Drehlagerung 1, die etwa mittig zwischen den ebenen Stirnflächen 6, 7, 8, 9 der Anschlusselemente 2, 3 verläuft, rechtwinklig.
Nicht dargestellt sind Befestigungsbohrungen zur Festlegung der beiden Anschlusselemente 2, 3 mittels Schrauben oder Gewindebolzen an je einer Anschlusskonstruktion, beispielsweise an einem Maschinen- oder Anlagenteil od. dgl. Hierzu sind an jedem Anschlusselement 2, 3 – jeweils um die Lagerdrehachse 4 kranzförmig verteilt – in einer ebenen Stirnfläche 6, 7, 8, 9 des Anschlusselements 2, 3 mehrere Sacklochbohrungen vorgesehen, vorzugsweise mit einem Innengewinde zum Hineindrehen je einer Schraube, und/oder zwischen zwei einander gegenüber liegenden Stirnflächen 6, 7, 8, 9 des betreffenden Anschlusselements 2, 3 durchgehende Bohrungen zum Hindurchstecken eines Gewindebolzens oder einer Schraube.
An der inneren, konkav gewölbten Mantelfläche 10 des radial inneren Anschlusselements 2 und/oder an der äußeren, konvex gewölbten Mantelfläche 11 des radial äußeren Anschlusselements 3 könnte sich eine Verzahnung befinden, an welcher mittels eines Ritzels oder einer Schnecke in jeder beliebigen Drehrichtung antreibend auf das betreffende Anschlusselement 2, 3 eingewirkt werden kann, und/oder eine Art ebene Bremsscheibe, an welcher über Bremsbacken entgegen einer aktuellen Drehrichtung verzögernd auf das betreffende Anschlusselement 2, 3 eingewirkt werden kann.
Zwischen der äußeren, konvex gewölbten Mantelfläche 12 des radial inneren Anschlusselements 2 und der inneren, konkav gewölbten Mantelfläche 13 des radial äußeren Anschlusselements 3 befindet sich ein Lagerspalt 14. An ihren diesem Lagerspalt 14 zugewandten Oberflächen 12, 13 weisen die beiden Anschlusselemente 2, 3 vorzugsweise je eine oder mehrere Laufbahnen 15, 16 für eine oder mehrere Reihen von dazwischen in dem Spalt 14 entlang rollenden Wälzkörpern 17 auf, und/oder eine oder mehrere Gleitbahnen, an denen die Anschlusselemente 2, 3 entweder unmittelbar aneinander gleiten oder über dazwischen angeordnete Gleitkörper.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die dem Spalt 14 zugewandte Oberfläche 12, 13 eines Anschlusselements 2, 3 mit einem rundum laufenden Bund 18, einer sogenannten Nase, versehen, und in der dem Spalt 14 zugewandten Oberfläche 13, 12 des anderen Anschlusselements 3, 2 befindet sich eine rundum laufende, nutförmige Vertiefung 19, in welche die Nase 18 eingreifen kann.
Um die Montage der Drehlagerung 1 zu ermöglichen, ist bei dieser Anordnung eines der beiden Anschlusselemente 2, 3, nämlich jenes mit der nutförmigen Vertiefung 19, in zwei in Richtung der Lagerdrehachse aufeinander liegende Ringe 20, 21 unterteilt, vorzugsweise entlang einer ebenen, zu der Grundebene 5 der Drehlagerung 1 parallelen Trennfuge 22. Das die Vertiefung 19 aufweisende Anschlusselement 2, 3 kann dadurch um die Nase 18 des anderen Anschlusselements 3, 2 herum zusammengesetzt werden.
Die beiden Flanken und die freie Stirnseite der Nase 18 wie auch die beiden Flanken und der Grund der nutförmigen Vertiefung 19 dienen jeweils als Laufbahnen 15, 16 für je eine Reihe von daran entlang rollenden Wälzkörpern 17.
Bevorzugt werden rollenförmige Wälzkörper 17 eingesetzt, wenngleich auch kugel-, kegel- oder tonnenförmige Wälzkörper zum Einsatz kommen können.
Der Lagerspalt 14 zwischen den beiden Anschlusselementen 2, 3 kann ganz oder teilweise mit einem Schmiermittel gefüllt sein, um die Wälzkörper 17 bei deren Abwälzbewegung zu unterstützen und den Verschleiß zu minimieren. Bewährt hat sich vor allem Schmierfett, wenngleich auch Schmieröl verwendbar ist.
Um das Schmiermittel innerhalb des Lagerspaltes 14 zurückzuhalten, ist der Spalt 14 vorzugsweise im Bereich seiner beiden Mündungen 23 durch wenigstens je ein Dichtungsmittel 24 abgedichtet.
Jedes Dichtungsmittel 24 wird an einem der beiden Anschlusselemente 2, 3 verankert und weist eine Dichtlippe 25 auf, die an einem Oberflächenbereich des anderen Anschlusselements 3, 2 – oder an einem dort festgelegten Ring oder Band – während jeder Relativverdrehung zwischen den beiden Anschlusselementen 2, 3 entlangstreift.
Ein der Dichtlippe 25 gegenüber liegender Verankerungsabschnitt 26 kann zu seiner Verankerung an einem Anschlusselement 2, 3 bspw. in eine dortige, rundum laufende Nut eingelegt sein oder – wie in 1 dargestellt – in eine Auskehlung 27, worin sie durch eine Abdeckung 28 – bspw. ein ringförmiges Teil oder mehrere, jeweils ringsegmentförmige Teile – abgedeckt und somit in der dann zu einer Nutform verengten Auskehlung 27 festgehalten sein kann.
Der 2 ist zu entnehmen, dass der Verankerungsabschnitt 26 querschnittlich eine etwa rechteckige Gestalt aufweist, ggf. mit abgeschrägten und/oder abgerundeten Ecken 29, 30, 31, welche Kanten des profilförmigen Dichtungsmittels 24 entsprechen. In 2 ist der Querschnitt durch den Verankerungsabschnitt 26 durch eine reine Schraffur von dem übrigen Bereich 32 des Dichtungsmittels 24 abgesetzt, welcher durch eine gekreuzte Schraffur hervorgehoben ist.
Die Höhe des Verankerungsabschnitts 26 entspricht etwa der zu dem Lagerdrehachse 4 parallelen Erstreckung der Auskehlung 27 oder ist geringfügig größer als jene, so dass das Dichtungsmittel 24 von der Abdeckung 28 in der Auskehlung 27 eingeklemmt wird, so dass es sich gegenüber dem die Auskehlung 27 aufweisenden Anschlusselement 2, 3 nicht verdrehen kann.
Der übrige Bereich 32 des Dichtungsmittels 24 gliedert sich grob in zwei Abschnitte: Ein zu dem Verankerungabschnitt 26 in etwa paralleler Schenkelabschnitt 33 ist mit ersterem entlang einer ebenen Stirnfäche 34 des Dichtungsmittels 24 über einen Steg 35 verbunden, welcher eine deutlich geringere Höhe aufweist als die Höhe des Dichtungsmittels 24 insgesamt, so dass zwischen dem Verankerungsabschnitt 26 und und dem dazu etwa parallelen Schenkelabschnitt 33 eine nutförmige Einkerbung 36 verbleibt.
Die beiden Flanken dieser nutförmigen Einkerbung 35 werden durch die einander zugewandten Innenseiten 37, 38 des Verankerungsabschnitts 26 einerseits und des dazu etwa parallelen Schenkelabschnitts 33 gebildet, während der Nutgrund durch die der Einkerbung 35 zugewandte Innenseite 39 des Stegs 35 gebildet ist.
Wie die 2 weiter erkennen lässt, divergiert der Schenkelabschnitt 33 von dem Verankerungsabschnitt 26 in Richtung vom Nutgrund 39 zu der Nutmündung 40 um ein gewisses Maß, so dass die Innenseite 38 des Schenkelabschnitts 33 mit der Innenseite 37 des Verankerungsabschnitts 26 einen spitzen Winkel einsschließt, etwa in der Größenordnung von 30° oder weniger, oder von 15° oder weniger.
Der Nutgrund 39 ist allerdings nicht flach, sondern vorzugsweise im Querschnitt konkav gewölbt, wie 2 erkennen lässt. Der Krümmungsradius kann dabei etwa der halben Weite der nutförmigen Einkerbung 35 an deren tiefster Stelle entsprechen.
Die Dichtlippe 25 befindet sich an der Außenseite 41 des Schenkelabschnitts 33, etwa im Bereich des freien Endes dieses Schenkelabschnitts 33. Ein markantes Merkmal der Dichtlippe 25 ist eine relativ scharfe Kante 42, welche dem jenseits des Spaltes 14 gegenüber liegend angeordneten Bereich des jeweils anderen Anschlusselements 2, 3 zugewandt ist.
Ferner kann das Dichtungsmittel 24 noch einen zweiten, rundum laufenden, stegartigen Fortsatz 43 aufweisen, welcher sich von der Außenseite 41 des Schenkelabschnitts 33 weg erstreckt und in 2 ebenfalls zu sehen ist. Dieser stegartige Fortsatz 42 kann zu der ebenen Stirnfläche 34 des Steges 35 hin geneigt verlaufen und dort mit der Außenfläche 41 des Schenkelabschnitts 33 eine etwa V-förmige Nut mit einem spitzen Winkel einschließen. Bevorzugt befindet sich der stegartige Fortsatz 41 etwa auf Höhe des Nutgrundes 39.
Wie die 2 weiter erkennen lässt, ist der die Dichtlippe 25 tragende Schenkel 33 bewegungsmäßig nicht sich selbst überlassen, sondern wird durch ein in die nutförmige Einkerbung 36 eingesetztes Federelement 44 abgestützt.
Das Federelement 44 ist aus einem Draht gebogen, vorzugsweise aus Federstahl oder einem vergleichbaren, federelastischen Material. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden empfiehlt es sich, ein rostfreies Material zu verwenden oder das Material selbst mit einer vor Korrosion schützenden Schicht zu überziehen.
Das Federelement 44 ist jedoch keinesfalls gerade gestreckt und folgt auch nicht unmittelbar dem bogenförmigen Verlauf der nutförmigen Einkerbung 36. Vielmehr ist der Draht des Federelements 44 mäanderförmig gebogen, also mit einer Vielzahl von Schleifen, welche sich in jeweils abwechselnde Richtungen auswölben. Diese Reihe von aufeinander folgenden Mäanderschleifen folgt nun dem Verlauf der nutförmigen Einkerbung 36.
So wie die Serpentinen einer Autostraße sich entlang eines Hangs nach oben schlängeln, so erstreckt sich das mäandrierende Federelement 44 entlang der Innenseite 37, 38, 39 der nutförmigen Einkerbung 36 und schmiegt sich dabei an jene an. Dabei umfasst jede Mäanderschleife des Federelements 44 jeweils zwei zueinander etwa parallele Abschnitte 45 des mäandrierenden Federelements 44, von denen jeder Abschnitt 45 zunächst quer über eine Nutflanke 37 läuft, dann quer über den Nutgrund 39 und sodann wiederum quer über die andere Nutflanke 38. Somit erstreckt sich ein solcher Abschnitt 45 vollständig oder nahezu vollständig von einer Längskante 46 der Nutmündung 40 zu der gegenüber liegenden Längskante 47 der Nutmündung 40, und schmiegt sich dabei stets eng an die Nutinnenfläche 37, 38, 39 an.
Um aus zwei benachbarten Abschnitten 45 eine gemeinsame Schleife 48 zu formen, ist zwischen zwei benachbarten Abschnitten 45 im Bereich einer Längskante 46, 47 der Nutmündung 40 ein Verbindungsbereich 49 vorgesehen, also ein Biegebereich des drahtförmigen Federelements 45, wo dieses um etwa 180° umgebogen ist. Ein solcher Verbindungsbereich 49 hat im Allgemeinen einen engeren Krümmungsradius als der sich an den Nutgrund anschmiegende Abschnitt des Federelements 44, so dass zwei an der selben Nutflanke 37, 38 anliegende, benachbarte Abschnitte des drahtförmigen Federelements 45 einen kleineren Abstand aufweisen als zwei einander an unterschiedlichen Nutflanken 37, 38 gegenüber liegend angeordnete Abschnitte des drahtförmigen Federelements 44.
Das Federelement 44 kann eine intrinsische Form aufweisen, wobei zwei Verbindungsbereiche 49 zu beiden Seiten eines gemeinsamen Abschnmitts 45 einen größeren Abstand aufweisen als die beiden Längskanten 46, 47 der Nutmündung 40. Dadurch muss das Federelement 44 zum Einsetzen in die nutförmige Elnkerbung 35 vorübergehend zusammengepresst werden, um in die Nut 35 hineinzupassen. Sodann versucht sich das Federelement 44 zu entspannen und weitet dabei die nutförmige Einkerbung 35 auf. Dabei wird der die Dichtlippe 25 aufweisende Schenkel 33 im Bereich seines freien Endes von dem Verankerungsabschnitt 24 weggedrückt. Infolge dieses Druckes wird der Anpressdruck der Dichtlippe 25 gegen seine Anlauffläche an dem jeweils anderen Anschlusselement 2, 3 erhöht, und eine Leckage wird vermieden oder zumindest erheblich reduziert.
Diese Wirkungsweise ist unabhängig von dem Einbau des Dichtungsmittels 24, und funktioniert auch, wenn der Verankerungsabschnitt 26 nicht an dem radial innreren Anschlusselement 2, 3 festgelegt wird, sondern an dem radial äußeren Anschlusselement 2, 3, wie anhand des Dichtungsmittels 24' in 3 dargestellt ist.
Man erkennt dort eine entgegengesetzte Wölbung des Dichtungsmittels 24'; während das Dichtungsmittel 24 in 2 nach links gewölbt ist, d. h., die Lagerdrehachse befindet sich links von der 2, während die Dichtlippe 25 rechts erkennbar ist, also der Lagerdrehachse 4 abgewandt ist, erfährt das Dichtungsmittel 24' nach 3 eine Wölbung nach rechts, d. h., die Lagerdrehachse 4 ist in diesem Falle auch rechts, und daher ist die Dichtlippe 25' bei dieser Ausführungsform der Lagerdrehachse 4 zugewandt.
In 3 ist ferner dargestellt, dass die Verbindungsbereiche 49' zwischen zwei benachbarten Abschnitten 44' zusätzlich zu einer Wölbung in Umfangsrichtung der nutförmigen Einkerbung 25 auch eine Wölbung quer dazu aufweisen können. Diese Wölbung 44' kann der Wölbung im Bereich des Nutgrundes 39 entgegengesetzt gerichtet sein. Während also am Nutgrund 39 eine konkave Querwölbung vorgesehen ist, entsprechend der konkav gewölbten Innneseite des Nutgrundes 39, so kann die Querwölbung an einem Vebindungsbereich 49' konvex ausgebildet sein. Damit lässt sich das Federelement 44' unter einer Abdeckung 28 einklemmen.
In der Zeichnung nicht dargestellt ist ein bevorzugter Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Drehlagerung als Hauptlager für die mit der Nabe einer Windkraftanlage verbundene oder gekoppelte, etwa horizontal verlaufende Rotorwelle am Chassis des Maschinenhauses bzw. der Gondel der betreffenden Windkraftanlage, wobei das radial innen liegende Anschlusselement mit der Rotorwelle gekoppelt ist, das radial außen liegende Anschlusselement dagegen mit dem Chassis des Maschinenhauses bzw. der Gondel der Windkraftanlage. Dabei können insbesondere alle Merkmale der in den 2 und 3 dargestellten und oben beschriebenen Dichtungen verwirklicht sein.
Bezugszeichenliste

1: Drehlagerung
2: Anschlusselement
3: Anschlusselement
4: Lagerdrehachse
5: Grundebene
6: Stirnfläche
7: Stirnfläche
8: Stirnfläche
9: Stirnfläche
10: Mantelfläche
11: Mantelfläche
12: Mantelfläche
13: Mantelfläche
14: Lagerspalt
15: Laufbahn
16: Laufbahn
17: Wälzkörper
18: Bund
19: Vertiefung
20: Ring
21: Ring
22: Trennfuge
23: Mündung
24: Dichtungsmittel
25: Dichtlippe
26: Verankerungsabschnitt
27: Auskehlung
28: Abdeckung
29: Ecke
30: Ecke
31: Ecke
32: Bereich
33: Schenkelabschnitt
34: Stirnfläche
35: Steg
36: Einkerbung
37: Innenseite
38: Innenseite
39: Innenseite
40: Nutmündung
41: Außenseite
42: scharfe Kante
43: stegartiger Fortsatz
44: Federelement
45: Abschnitt
46: Längskante
47: Längskante
48: Schleife
49: Verbindungsbereich

Claims

Drehlagerung (1) mit wenigstens zwei, ringförmigen Anschlusselementen (2, 3), die relativ zueinander verdrehbar sind um eine gemeinsame Lagerdrehachse (4), welche die Grundebene (5) jedes ringförmigen Anschlusselements (2, 3) lotrecht durchsetzt, und mit einem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3), der an wenigstens einer ringförmigen Mündung (23) mit einem Dichtungsmittel (24) ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel (24) wenigstens ein an der Mündung (23) des Lagerspaltes (14) entlang laufendes Profil aus einem weichen Werkstoff aufweist mit wenigstens einer in Längsrichtung des Profils verlaufenden, von zwei einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) und einem Nutgrund (39) begrenzten nutförmigen Einkerbung (36), deren Tiefenerstreckung etwa parallel zu der Lagerdrehachse (4) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nutflanken (37, 38) die Innenseiten zweier Schenkel (26, 33) des Profilquerschnitts des Dichtungsmittels (24) bilden, welche im Bereich des Nutgrundes (39) miteinander verbunden sind, und von denen ein Schenkel (26) der Verankerung des Dichtungsmittels (24) an einem ringförmigen Anschlusselement (2, 3) dient, während der andere Schenkel (33) an seiner Außenseite (41) eine Dichtlippe (25) zur Anlage an dem anderen Anschlusselement (2, 3) aufweist, wobei in die nutförmige Einkerbung (36) ein Federelement (44) eingesetzt ist, welches sich zumindest bereichsweise an die einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) von innen anlegt und bestrebt ist, diese durch eine ihm innewohnende Federkraft auseinander zu drücken und dadurch die beiden Schenkel (26, 33) des Dichtungsmittels (24) in dem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3) auseinander zu spreizen, so dass die Dichtlippe (25) an der Außenseite (41) des einen Schenkels (33) einen erhöhten Anpressdruck gegen ihre Anlauffläche erfährt.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (39) der nutförmigen Einkerbung (36) vorzugsweise über die gesamte Nutbreite hinweg konkav gewölbt ist.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der nutförmigen Einkerbung (36) von dem Nutgrund (39) bis zu der Nutmündung (40) vorzugsweise kontinuierlich vergrößert.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Dichtlippe (25) tragende Schenkel (33) des Dichtungsmittels (24) und/oder dessen der Verankerung dienende Schenkel (26) einen mittleren Abschnitt zwischen dem Nutgrund (39) und der Nutmündung (40) aufweist, der eine etwa gleichbleibende Dicke aufweist.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Dichtlippe (25) tragende Schenkel (33) des Dichtungsmittels (24) dünner ist als der der Verankerung dienende Schenkel (26).
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Dichtlippe (25) tragende Schenkel (33) des Dichtungsmittels (24) kürzer ist als der der Verankerung dienende Schenkel (26).
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Dichtlippe (25) tragende Schenkel (33) des Dichtungsmittels (24) von dem der Verankerung dienenden Schenkel (26) zur Nutmündung (40) hin divergiert, insbesondere entlang einer Kegelmantelfläche.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (24) im Bereich des Nutgrundes (39) eine der Nutmündung (40) abgewandte, ebene Außenseite aufweist.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Verankerung dienende Schenkel (26) einen etwa rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist, ggf. mit abgeschrägten und/oder abgerundeten Ecken (29, 30, 31).
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der nutföprmigen Einkerbung (36) zugewandte Innenseite (38) des die Dichtlippe (25) aufweisenden Schenkels (33) in einem mittleren Abschnitt zwischen dem Nutgrund (39) und der Nutmündung (40) einer Kegelmantelfläche folgt.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der nutförmigen Einkerbung (36) abgewandte Außenseite (41) des die Dichtlippe (25) aufweisenden Schenkels (33) zusätzlich zu der Dichtlippe (25) eine zweite Dichtlippe und/oder einen nach außen gerichteten Steg (43) aufweist, welcher etwa auf Höhe des Nutgrundes (39) an den betreffenden Schenkel (33) angeformt ist und sich von dort weg erstreckt durch den Lagerspalt (14) hindurch in Richtung zu dem gegenüber liegenden Anschlusselement (2, 3).
Drehlagerung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtlippe und/oder der nach außen gerichteten Steg (43) zu der der Nutmündung (40) abgewandten, ebenen Außenseite des Dichtungsmittels (24) hin geneigt verläuft.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der zweiten Dichtlippe und/oder dem nach außen gerichteten Steg (43) einerseits und der der Nutmündung (40) abgewandten, ebenen Außenseite des Dichtungsmittels (24) eine spitzwinklige Einkerbung befindet, vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 60° oder kleiner, insbesondere mit einem Öffnungswinkel von 45° oder kleiner.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) keiner oder nur einer minimalen Zugspannung in seiner Längsrichtung unterliegt.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) einer Druckspannung quer zu seiner Längsrichtung unterliegt.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) zwei einander gegenüber liegende Umfangsbereiche aufweist, welche an je einer Nutflanke (37, 38) anliegen und aufgrund einer ihm innewohnenden Vorspannung an die jeweilige Nutflanke (37, 38) angepresst werden.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkräfte etwa lotrecht zu den beiden Nutflanken (37, 38) in das Federelement (44) eingeleitet werden.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die etwa lotrecht zu den beiden Nutflanken (37, 38) in das Federelement (44) eingeleiteten Druckkräfte etwa radial zu der Drehachse (4) des Lagers (1) gerichtet sind.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte durch die beiden einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38), an denen in das Federelement (44) Druckkräfte eingeleitet werden, mit der Drehachse (4) des Lagers (1) einen kleineren Winkel einschließen als mit der Grundebene (5) des Lagers (1).
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft zum Anpressen der Dichtlippe (25) an deren Anlauffläche nicht über eine Zugspannung des Federelements (44) in dessen Längsrichtung erzeugt wird, sondern durch eine im Bereich des der Verankerung dienenden Schenkels (26) des Dichtungsmittels (24) eingeleitete Druckkraft.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) aus einem draht- oder linienförmigen Element gebogen ist.
Drehlagerung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) aus einem draht- oder linienförmigen Element dreidimensional gebogen ist.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) einen oder vorzugsweise mehrere Abschnitte (45) aufweist, welche in oder nahe einer Ebene verlaufen, die in einem kleinen Abstand an der Lagerachse (4) vorbei läuft und/oder gegenüber der Lagerachse (4) um einen kleinen Winkel geneigt ist.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) einen oder vorzugsweise mehrere Abschnitte (45) aufweist, welche von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis unmittelbar zu der anderen Nutflanke (38, 37) verlaufen.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis zur anderen Nutflanke (38, 37) verlaufende(n) Abschnitt(e) (45) des Federelements (44) sich der jeweiligen Nutflanke (37, 38) und vorzugsweise auch dem Nutgrund (39) flach anschmiegt (-en).
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis zur anderen Nutflanke (38, 37) folgende(n) Abschnitt(e) des Federelements (44) jeweils einen C- oder U-förmigen Verlauf haben.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander in Umfangsrichtung des Lagerspaltes (14) benachbarte, jeweils von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis zur anderen Nutflanke (38, 37) folgende(n) Abschnitt(e) (45) des Federelements (44) miteinander verbunden sind.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Ende eines mittleren, von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis zur anderen Nutflanke (38, 37) verlaufenden Abschnitts (45) des Federelements (44) mit jeweils einem von zwei benachbarten Abschnitten (45) des Federelements (44) verbunden ist.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen zwei benachbarten Abschnitten (45) des Federelements (44) über ein(en) bogenförmig gewölbtes (-en) Übergangsstück oder -bereich (49) erfolgt.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich jeweils von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) zur anderen Nutflanke (38, 37) erstreckende Abschnitte (45) des Federelements (44) über ein(en) zwei Enden an der selben Nutflanke (37, 38) verbindendes (-en) Übergangsstück oder -bereich (49) verbunden sind.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich jeweils von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) zur anderen Nutflanke (38, 37) erstreckende Abschnitte (45) des Federelements (44) über ein(en) zwei Enden an einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) verbindendes (-en) Übergangsstück oder -bereich (49) verbunden sind.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein bogenförmig gewölbtes (-er) Übergangstück oder -bereich (49) einen Krümmungsradius aufweist, der gleich dem halben Abstand der beiden Nutflanken (37, 38) im Bereich der Nutmündung (40) ist oder kleiner als jener.
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Krümmungsradius eines bogenförmig gewölbten Übergangstückes oder -bereichs (49) kleiner ist als der minimale Krümmungsradius der damit verbundenen, sich jeweils von einer Nutflanke (37, 38) über den Nutgrund (39) bis zur anderen Nutflanke (38, 37) erstreckenden Abschnitte (45) des Federelements (44).
Drehlagerung (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsstück oder -bereich (49) in einem Schnitt quer zu der Längsrichtung das Dichtungsmittels (24) eine Wölbung aufweist.
Drehlagerung (1) nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des Übergangsstücks oder -bereichs (49) in einem Schnitt quer zu der Längsrichtung das Dichtungsmittels (24) entgegengesetzt gerichtet ist zu der Wölbung der damit verbundenen Abschnitte (45) des Federelements (44) im Bereich des Nutgrundes (39).
Windkraftanlage mit einem um eine etwa horizontale Achse (4) rotierenden Windrad, dessen Nabe mit einer Rotorwelle drehfest verbunden ist, die in wenigstens einem Hauptlager (1) mit wenigstens zwei ringförmigen, um die gemeinsame Lagerdrehachse (4) relativ zueinander verdrehbaren Anschlusselementen (2, 3) gelagert ist, von denen eines mit der Rotorwelle der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, während das andere mit dem Chassis des Maschinenhauses der Windkraftanlage drehfest verbunden ist, und mit einem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3), der an wenigstens einer ringförmigen Mündung (23) mit einem Dichtungsmittel (24) ringförmig abgedichtet ist, wobei das Dichtungsmittel (24) wenigstens ein an der Mündung (23) des Lagerspaltes (14) entlang laufendes Profil aus einem weichen Werkstoff aufweist mit wenigstens einer in Längsrichtung des Profils verlaufenden, von zwei einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) und einem Nutgrund (39) begrenzten nutförmigen Einkerbung (36), deren Tiefenerstreckung etwa parallel zu der Lagerdrehachse (4) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nutflanken (37, 38) die Innenseiten zweier Schenkel (26, 33) des Profilquerschnitts des Dichtungsmittels (24) bilden, welche im Bereich des Nutgrundes (39) miteinander verbunden sind, und von denen ein Schenkel (26) der Verankerung des Dichtungsmittels (24) an einem ringförmigen Anschlusselement (2, 3) dient, während der andere Schenkel (33) an seiner Außenseite (41) eine Dichtlippe (25) zur Anlage an dem anderen Anschlusselement (2, 3) aufweist, wobei in die nutförmige Einkerbung (36) ein Federelement (44) eingesetzt ist, welches sich zumindest bereichsweise an die einander gegenüber liegenden Nutflanken (37, 38) von innen anlegt und bestrebt ist, diese durch eine ihm innewohnende Federkraft auseinander zu drücken und dadurch die beiden Schenkel (26, 33) des Dichtungsmittels (24) in dem Lagerspalt (14) zwischen den beiden Anschlusselementen (2, 3) auseinander zu spreizen, so dass die Dichtlippe (25) an der Außenseite (41) des einen Schenkels (33) einen erhöhten Anpressdruck gegen ihre Anlauffläche erfährt.
Windkraftanlage nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtungsmittel (24) an wenigstens einer ringförmigen Mündung (23) des Lagerspaltes (14) des Hauplagers (1) der Rotorwelle gemäß einem der Ansprüche 2 bis 34 ausgebildet ist.